О пиросульфидировании кислородсодержащих минералов свинца и цинка в атмосфере водяного пара Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 669.2/8:66.093:622.782

О ПИРОСУЛЬФИДИРОВАНИИ КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИХ МИНЕРАЛОВ СВИНЦА И ЦИНКА В АТМОСФЕРЕ ВОДЯНОГО ПАРА

1 9

© И.Г. Антропова1'2

байкальский институт природопользования Сибирского отделения РАН, 670047, Республика Бурятия, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6. 2Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, 670013, Республика Бурятия, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 42.

Проведен термодинамический и кинетический анализ процесса пиросульфидирования кислородсодержащих соединений свинца и цинка в атмосфере водяного пара. Показано, что при обжиге окисленных соединений свинца и цинка с сульфидом железа в атмосфере перегретого водяного пара в реакции образования сульфидов свинца и цинка участвует сероводород. Ил. З.Табл. 1.Библиогр. 6 назв.

Ключевые слова: пиросульфидирование; кислородсодержащие минералы свинца и цинка; перегретый водяной пар.

ON PYRO SULFIDIZING OF OXYGEN CONTAINING MINERALS OF LEAD AND ZINC IN WATER STEAM ATMOSPHERE

I.G. Antropova

Baikal Institute of Nature Management of SB RAS, 6 Sakhyanova St., Ulan-Ude, Buryat Republic, 670047. East-Siberian State University of Technology and Management, 42 Klyuchevskaya St., Ulan-Ude, Buryat Republic, 670013.

The thermodynamic and kinetic analysis of the pyro sulfidizing of oxygen containing compounds of lead and zinc in the atmosphere of water steam is carried out. It is shown that when roasting the oxidized compounds of lead and zinc with iron sulfide in the atmosphere of the superheated water steam, hydrogen sulfide participates in the reaction of lead and zinc sulfides formation. 3 figures. 1 table. 6 sources.

Key words: pyro sulfidizing; oxygen containing minerals of lead and zinc; superheated water steam.

Развитие многих передовых отраслей промышленности невозможно без увеличения производства цветных металлов, в том числе таких стратегически важных, как свинец, цинк и кадмий. В настоящее время эти металлы извлекают в основном из сульфидных руд. В связи с тем, что запасы сульфидных руд истощаются, дополнительным источником производства цветных металлов могут стать окисленные руды, значительные запасы которых сосредоточены на территории Восточной Сибири. Большинство окисленных и смешанных полиметаллических руд являются трудно-обогатимыми, и способы обогащения для них пока не разработаны. В мировой практике при переработке труднообогатимых окисленных руд тяжелых цветных металлов намечается тенденция к применению комбинированных методов, включающих операции гидро-или пирометаллургии в сочетании с флотационным или гравитационным обогащением в зависимости от особенностей вещественного состава руд [1]. Известны способы переработки окисленных свинцовых и свинцово-цинковых руд, предложенные А.З. Ахмедо-вым и Н.Г. Клименко [2] и учеными из Китая [3], которые предусматривают предварительный сульфидизи-рующий обжиг и флотацию. В качестве сульфидизато-

ра в первом случае используется пирит, во втором -элементарная сера. К недостаткам этих методов следует отнести использование в качестве сульфидиза-тора чистого пирита, дорогостоящей элементарной серы и жесткие требования к температурному режиму.

В этой связи одним из эффективных способов перевода кислородсодержащих минералов тяжелых цветных металлов в сульфидные формы для последующей флотации является пиросульфидирование труднообогатимых окисленных минералов в атмосфере перегретого водяного пара. Сульфидизирующий обжиг окисленной руды в атмосфере перегретого водяного пара обеспечивает декрипитацию сложных минералов с одновременной их диссоциацией, а затем сульфидирование продуктов разложения [4, 5]. Причем в качестве эффективных сульфидизаторов могут быть использованы некондиционные пиритные концентраты местных горно-обогатительных фабрик. С использованием в качестве сульфидизатора пирит-ных концентратов частично будет решаться проблема, связанная с их утилизацией и комплексной переработкой.

В данной статье представлены результаты термодинамического моделирования процесса пиросульфи-

1Антропова Инна Германовна, кандидат технических наук, научный сотрудник, старший преподаватель, тел.: (3012)431140, 89503940238,e-mail: [email protected]

Antropova Inna, Candidate of technical sciences, Scientific Researcher, Senior Lecturer, tel.: (3012) 431140, 89503940238, e-mail: [email protected]

дирования кислородсодержащих соединений свинца и цинка (PbFe6(OH)12(sO4)4; 3Fe2O32PbO2SO3As3O56H2O; ZnCO3) в атмосфере водяного пара и исследования кинетики образования сульфидов при взаимодействии окисленных соединений свинца с пиритом (сульфиди-затор) в атмосфере перегретого водяного пара.

Термодинамическое моделирование систем «PbFe6(OHb(SO4)4-FeS2-H2O», «3Fe2O32PbO2SO3As3O56H2O-FeS2-H2O» и «ZnCO3-FeS2-H2O» проведено с использованием универсальной программы «Terra». Определены фазовый и химический составы изученных систем и их изменения в зависимости от температуры и содержания FeS2, H2O (рис. 1, 2). Из рисунков видно, что образующиеся сульфиды свинца и цинка устойчивы во всем исследуемом интервале температур - 673-1073 К. Для полного сульфидирования окисленных соединений свинца теоретически необходимое количество сульфидизато-

ра составляет 1,5 М, воды - до 1 М. Для сульфидирования 1 М ZnСO3 достаточно 1 М FeS2 и 1 М Н20. Результаты проведенного термодинамического моделирования указали на возможность полного сульфидирования всех рассмотренных окисленных соединений свинца и цинка сульфидом железа в присутствии воды при температурах, выше критической температуры воды, что свидетельствует об эффективном использовании сульфида железа в качестве сульфидизато-ра. Поскольку продуктом взаимодействия сульфида железа с водой является сероводород, то очевидно, что при его участии сульфидирование окисленных соединений свинца и цинка термодинамически наиболее вероятно (по анализу диаграмм ДG - Т). С целью повышения коэффициента использования сульфида железа следует поддерживать температуру не ниже 973 К.

0.5

0.3

0.1

Fe2t memo» )3(c) Fe30t(c) нооно

PbSici

WGQQHQQQH»

Fe «НООНООзн» Г S2(c)

0 720 800 88 0 960 10+0 т, к

р-0.1 МПа

а)

б)

в) г)

Рис. 1. Изменения фазового состава при взаимодействии 1М плюмбоярозита РЬЕеб(0Н)12(Б04)4 (а, б) и 1М бедан-тита РЬРе^04304(0Н)е (в, г) с 1,5 М Ре32 и 1М Н0: а, в - равновесный состав компонентов конденсированной фазы; б, г - равновесный состав компонентов газовой фазы

а)

б)

Рис. 2. Изменения фазового состава при взаимодействии 1пС0з с 1М ЕеБ2 и 1М Н2О: а - равновесный состав компонентов конденсированной фазы; б - равновесный состав

компонентов газовой фазы

Изучена кинетика образования сульфида свинца при взаимодействии кислородсодержащего соединения (сульфат свинца) с сульфидом железа в атмосфере перегретого водяного пара. Плюмбоярозит (PbFe6(Oн)12(SO4)4) при температуре 973-1023 К диссоциирует на сульфат свинца и оксид железа, что и обусловило при изучении кинетики использовать синтетический сульфат свинца. Бедантит (3Fe2Oз2PbO2SOзAsзO56H2O) при температуре свыше 873 К диссоциирует до оксидов, кинетика образования сульфидов свинца и цинка из оксидов и карбонатов была дана в работе [6]. Взаимодействие сульфата свинца с пиритом изучали на установке проточного

типа. Степень и скорость сульфидирования сульфата свинца определялась в изотермическом режиме в интервале 873-973 К (рис. 3).

Процесс образования сульфида свинца протекает быстро и заканчивается за первые 5-10 минут. Результаты исследований и расчетные данные показали, что изучаемый процесс (в границах опыта) лежит в диффузионной области.

Установлена зависимость скорости реакции от продолжительности обжига при различных температурах, определены кинетические параметры и режим сульфидообразования (таблица).

св ^

к к

<и

ЕГ

св

СР

И

<и

СР

С

►л

к

<и С <и

ё

1 п

0,8 -

0,6 -

0,4 -

0,2 -

0 * 0

200

400 600

1 сек

600 -Щ— 650 670 —X— 700

Рис. 3. Кинетические кривые сульфидирования сульфата свинца пиритом в атмосфере водяного пара

Кинетические параметры процесса сульфидирования _сульфата свинца_

Параметр Температура, К

873 923 943 973

Wmax х 103 = Аа/Ат 2,42 1,7 2,58 7,4

amax 0,562 0,58 0,87 1

n 0,38 0,34 0,44 0,26

K 0,00006 0,00018 0,0012 0,0073

Механизм процесса сульфидирования окисленных форм свинца и цинка можно предположить следующим образом. Известно, что термическая диссоциация сульфида железа сопровождается выделением S0 по реакции FeS2 ^ FeS + 1^2. Затем в данной системе при температурах свыше 673 К продукты диссоциации сульфида железа - элементарная сера и сернистое железо, взаимодействуют с перегретым водяным паром с выделением сероводорода:

3S + 2Н20 = 2Н£ + SO2; FeS + Н20 = FeO + Н£.

Количественный анализ отходящих газов также показал, что при взаимодействии сульфида железа с водой превалирует содержание сероводорода в газовой фазе.

В целом экспериментальные результаты исследования процесса сульфидирования окисленных соединений свинца и цинка находятся в согласии с термодинамическими расчетами. Реакция взаимодействия окисленных соединений свинца и цинка с сульфидом железа в атмосфере перегретого водяного пара с образованием сульфидов протекает на границе раздела фаз твердое - газ, а именно: МО - Н^ - при суль-фидировании смитсонита и бедантита; PbSO4 - Н^ -при сульфидировании плюмбоярозита.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ: проект № 11 -08-00691-а «Физико-химические и технологические основы комплексной переработки труднообогатимых окисленных свинцово-цинковых руд».

1. Абрамов А.А. Пути совершенствования технологии обогащения и переработки окисленных и смешанных руд // Переработка окисленных руд. М.: Наука, 1985. С. 5-15.

2. Чантурия В.А., Трофимова Э.А. Переработка окисленных руд. М.: Наука. 1985. С. 69-71.

3. Li Yong, Wang Ji-kun, Wei Chang, Liu Chun-Xia, Jiang Ji-Bo, Wang Fan. Sulfidation roasting of low grade lead-zinc oxide ore with elemental sulfur // Minerals engineering . 2010. № 23. Р. 563-566.

4. Антропова И.Г., Гуляшинов А.Н., Ламуев В.А. Особенности вещественного состава и технологии обогащения окис-

ский список

ленной руды Озерного месторождения // Горный информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). Серия «Забайкалье». М.: Изд-во «Горная книга», 2009. С. 9-13.

5. Патент РФ № 2364639. Способ переработки труднообога-тимой окисленной свинцовой руды / Антропова И.Г., Гуляшинов А.Н., Ламуев В.А., Палеев П.Л. Опубл. 2009. Бюл. № 23.

6. Антропова И.Г., Халудоров Д.Л. О кинетике образования сульфидов свинца и цинка при сульфидизирующем обжиге в атмосфере перегретого водяного пара // Журнал прикладной химии. 2008. Т. 81. Вып. 5. С. 855.

УДК 574

ПОЛУЧЕНИЕ БРИКЕТОВ ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА АЛЮМИНИЯ И ИХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

1 л 4

© А.Н. Баранов1, П.А. Якушевич2, Е.В. Тимкина3

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова,83.

Предложена технология получения брикетов из углеродсодержащих отходов алюминиевого производства. Исследованы физико-химические свойства полученных брикетов, показана возможность использования их в черной металлургии или в качестве топлива на ТЭЦ. Ил. 6. Табл. 3. Библиогр. 3 назв.

Ключевые слова: производство алюминия; фтор; углерод; брикеты; черные металлы; тепловые электростанции.

1Баранов Анатолий Никитич, профессор кафедры металлургии цветных металлов, тел.: 89025610167, e-mail: [email protected]

Baranov Anatoly, Professor of the Department of Metallurgy of Nonferrous Metals, tel.: 89025610167, e-mail: [email protected]

2Якушевич Павел Анатольевич, аспирант

Yakushevich Pavel, Postgraduate.

3Тимкина Екатерина Викторовна, аспирант

Timkina Ekanerina, Postgraduate.